Erleichterte Patientenversorgung:Windelsensoren mit eigener Stromversorgung zur Überwachung des Urinzuckerspiegels

In einer kürzlich durchgeführten Studie haben Wissenschaftler der Tokyo University of Science (TUS) einen neuartigen autarken Windelsensor entwickelt, der den erforderlichen Strom mithilfe einer Biobrennstoffzelle direkt aus Urin erzeugt. Das vorgeschlagene Gerät kann die gemessene Glukosekonzentration drahtlos übertragen und das Vorhandensein von Urin melden, was dazu beiträgt, Diabetes vorzubeugen und die Patientenversorgung erheblich zu vereinfachen.

Dank Wissenschaft und moderner Medizin wissen wir heute viel mehr über die frühen Anzeichen bestimmter Krankheiten und welche Biomarker zu überprüfen sind. Am wichtigsten ist, dass wir über die notwendigen Geräte und Techniken verfügen, um diese Biomarker in klinischen Umgebungen bequem zu entnehmen und zu analysieren, damit Ärzte, Patienten und Pflegekräfte entsprechend handeln können. Auf dem sich ständig weiterentwickelnden Gebiet der Gesundheitstechnologie gelten tragbare Elektronik und Biosensoren als potenzielle Wendepunkte, da sie es sowohl medizinischem Personal als auch nichtmedizinischen Personen ermöglichen, relevante Körpervariablen aus der Ferne zu überwachen.

Im speziellen Fall von Diabetes ist die Überwachung des Blutzuckerspiegels von entscheidender Bedeutung. Glücklicherweise gibt der Urinzuckerspiegel indirekt Aufschluss über den Blutzuckerspiegel und kann als alternativer Biomarker verwendet werden, um eine ständige Blutentnahme zu vermeiden. Sensoren können direkt in ihre Windeln eingebettet werden, um den Urinzuckerspiegel bei älteren oder Langzeitpflegepatienten zu messen. Durch die drahtlose Übertragung der erfassten Daten können Windelsensoren die Pflege und Gesundheitsüberwachung erheblich vereinfachen. Sowohl Sensoren als auch drahtlose Sender benötigen jedoch eine Energiequelle, um zu funktionieren, und das Einlegen von Batterien in Windeln kann sowohl aus ökologischer als auch aus praktischer Sicht eine fragwürdige Lösung sein.

Wissenschaftler der TUS haben eine Lösung für dieses Problem erarbeitet. Sie haben einen vielversprechenden Ansatz entwickelt, um energieautarke Windelsensoren zu realisieren, die Energie direkt aus Urin erzeugen können.

Aber wie erzeugt man aus Urin genügend Strom, um einen Sensor mit Strom zu versorgen? Die Antwort liegt in der Elektrochemie. Die Wissenschaftler entwickelten eine papierbasierte Biobrennstoffzelle, die durch zwei Reduktions-Oxidations-Reaktionen elektrische Energie proportional zur Glukosemenge im Urin abgibt. Wichtige Überlegungen bei der Konstruktion solcher Biobrennstoffzellen sind die Menge an Urin, die benötigt wird, um genügend Energie zu erzeugen, und die allgemeine Stabilität und Haltbarkeit des Geräts. Vor diesem Hintergrund entwickelten die Wissenschaftler eine spezielle Anode, den Minuspol einer elektrochemischen Zelle, mit einem als "Pfropfpolymerisation" bekannten Verfahren, mit dem sie Glucose-reaktive Enzyme und Mediatormoleküle fest auf einer porösen Kohlenstoffschicht verankern konnten, die diente als Basisleitermaterial.

„Neben der Überwachung von Glukose im Zusammenhang mit Diabetes können Windelsensoren verwendet werden, um das Vorhandensein von Urin aus der Ferne zu überprüfen, wenn Sie sich im Voraus mit Zucker als Brennstoff eindecken. In Krankenhäusern oder Pflegeeinrichtungen, wo möglicherweise Hunderte von Windeln überprüft werden müssen Von Zeit zu Zeit könnte das vorgeschlagene Gerät eine große Last von den Schultern der Pflegekräfte nehmen", kommentierte Dr. Isao Shitanda.

Kurz gesagt, der Sensor, den das Team von Dr. Shitanda entwickelt hat, kann nicht nur Diabetes verhindern, sondern auch das Windelmanagement effizienter und reaktionsschneller machen, ohne die Umwelt zu gefährden. "Wir glauben, dass das in dieser Studie entwickelte Konzept ein sehr vielversprechendes Werkzeug für die allgemeine Entwicklung von tragbaren Biosensoren mit eigener Stromversorgung werden könnte", sagte Dr. Shitanda. Kurz gesagt, der Sensor, den das Team entwickelt hat, kann nicht nur Diabetes verhindern, sondern auch das Windelmanagement effizienter und reaktionsschneller machen, ohne die Umwelt zu gefährden. "Wir glauben, dass das in dieser Studie entwickelte Konzept ein sehr vielversprechendes Werkzeug für die allgemeine Entwicklung von tragbaren Biosensoren mit eigener Stromversorgung werden könnte", sagte er.